西门子模块6ES7216-2BD23-0XB8技术参数

西门子模块6ES7216-2BD23-0XB8技术参数

我国折页机制造业从20世纪50年代发展至今，取得了辉煌的成就，50～70年代，我国主要生产式折页机，代表产品有ZY615对开式折页机和ZY1010全开式折页机，折页速度和折页质量不是很高；90年代初期，进入二次开发阶段；90年代中期，进入到自主开发时期；今天，折页机从较初的式折页机发展到栅混合式、全栅栏式等类型，折页功能不断完善，平行折、交叉折、风琴折、单联折、32开双联折等，数不胜数，折页速度、折页质量不断提高，机械折页机速度发展到150m/min，电控折页机速度已经达180～300m/min。

    一、折页结构分析

    折页机从构造上可分为式折页机、栅栏式折页机和栅混合式折页机，因栅混合式折页机同时具备式折页机和栅栏式折页机的结构，故以此种机型为例介绍一下折页机的基本结构及性能。

    栅混合式折页机主要由输纸机构、栅栏折页机构、折折页机构、收纸机构和电气控制系统组成。

    1、输纸机构

    输纸机构主要分为平张纸堆输纸装置和连续式输纸装置两种。

    目前，平张纸堆输纸装置在我国应用较为广泛。其自动升降平台式输纸机结构分为纸张分离系统（飞达），纸台升降系统和输纸过桥系统。飞达大多采用具有全自动跟踪功能的“TERMAT”纸张分离系统，并可根据印张的不同自动升降，速度在35000张/小时左右。纸台升降系统采用以减速电机提供电力，通过蜗轮蜗杆组合，带动给纸平台上下运动的结构，并且具有纸台上升快慢速、纸台上限开关检测、纸台下限位停等功能。印张运送采用电磁阀与吸轮配合结构。输纸过桥系统由输纸皮带和侧挡规板等组成，输纸皮带的运动方向，一个是与规矩边平行的运动方向，一个是与规矩边垂直向里的运动方向，使印张紧贴规矩边向前运动，从而达到定位的目的；各种折页机在输纸过桥部位均安装有双张检测开关和计数开关。这种结构的输纸方式对印张的适应范围广，输纸稳定，适应印张定量范围为40～200g/m2，且占地面积小，但缺点是印张折完后需停机重新加纸后再工作。

    连续式输纸装置又称为单张回转式给纸机构，这种机构配有鳞片式给纸飞达，上纸无须停机，提高了工作效率，纸张定量为40～180g/m2，但这种装置占地面积较大，调整费时，在我国印刷厂应用较少。

    2、栅栏折页机构

    栅栏折页机构是利用栅栏与相对运转的折页辊和转向挡板配合完成折页的机构，主要由折页辊和折页栅栏组成，并有手动无级变速装置（电控式和全栅栏式不用此装置，只有凸轮传动的机械带）。

    （1）折页辊

    折页辊是折页机的重要部件。无论是栅栏式折页机、式折页机，还是混合式折页机，折页辊都是的核心部件，且以混合式折页辊和螺旋纹折页辊为主。混合式折页辊，或称为组合式折页辊，由钢质辊芯和聚氨酯套环组成直纹折页辊，每节宽度因设计的不同而不同，折页辊的表面区域有30～50%的聚氨酯。螺旋纹折页辊由钢质螺旋纹辊芯和包覆在螺旋槽里的橡胶或聚氨酯条组成，无论是混合式折页辊，还是螺旋纹折页辊，其折页精度主要由折页辊精度控制。折页辊本身精度越高，其折页精度越高。印张由折页辊送出后，要经过输纸压轮部位，纸张在这里可进行打孔、分切与压痕。

    （2）折页栅栏

    折页栅栏也是折页机上的主要部件之一，其精度直接影响折页精度。折页辊传动齿轮、胶辊轴座、滚轴承是栅栏折页机构的主要部件。为保证传动平稳，我国大多数折页机都采用斜齿轮进行传动。胶辊轴座的精度对折页精度的影响很大，胶辊轴座精度的高低可影响相邻两折页辊的平行度，从而影响折页精度。国内绝大多数的折页机制造厂家在折页辊两轴端采用滚针轴承定位，滚针轴承的特点是转动平稳，滚针轴承的质量可直接影响折页精度，如果折页轴两端的轴承转动不平稳，必然会造成折页辊跳动，降低折页精度，大多数厂家均采用德国或日本产滚针轴承。    （3）无级变速装置

    无级变速装置是机械折页机为调整印张幅面大小而专门配备的装置。此装置主要是调节折频率与折页辊速度之间的关系，以适应不同幅面印张。无级变速装置在折页机上的应用分两种形式：一种是将成套标准无级变速部件安装在机器上，另一种是自己加工零件然后装配到机器上。成套标准无级变速装置稳定性能和寿命相对差一些。据调查，使用3年以上的折页机，成套无级变速装置的维修率为1%，而加工装配的无级变速装置的维修率为20%～30%。

    3、折折页机构

    折折页机构是利用折将印张压入相对旋转的一对折页辊中间，再由折页辊送出，完成一次折页过程。折折页机构主要是由折和折页辊及折页辊盖板、规矩部件组成。折和折页辊为本结构主要部件，折刃口的直线度影响下部打孔精度，折页辊盖板与规矩的精度也直接或间接影响折处的折页精度。

    折折页机构的驱动方式分机械驱动和电子驱动两种。机械驱动通称机械，是利用凸轮转动带动导杆沿固定滑道上下做往复运动，带动折完成折页；电子由电气元件配合机械驱动折做上下往复运动完成折页。电子又分为电磁离合器控制和伺服电机控制两种。机械由于用凸轮驱动，机器运动时受冲击载荷，不适合高速折页，而且在速度稍高的状态下噪声也较大，，电子因不受冲击载荷的影响，适合高速折页，而且噪声也小，因伺服电机在各类性能方面均优于电磁离合器，所以安装伺服电机的电子折页机均优于电磁离合器控制的电子折页机。

    4、收纸机构

    收纸机采用可移动式收纸小车形式，收纸小车可根据折纸样式调整高低和角度，并具有独立的无级调速功能，可根据折页速度进行调整。

    5、电气控制系统

    电气控制系统大多采用可编程控制器（PLC）对整机进行控制，PLC具有稳定性能好、寿命长、故障率低等优点；调速采用变频调速形式，调速稳定；折页机新机型操作面板上全部装有人机界面显示屏，方便参数的设置及查询，并具有故障点显示功能。

    二、折页机的应用及发展

    目前，折页技术正向两个方向发展：即单机全套自动化，联机在线处理自动化。我国市场上销售的主要有栅混合式折页机和全栅栏式折页机。

    栅混合式折页机在栅栏部位一般配备2～4块折页栅栏，可进行1～4次平行折页；折部位配备1～3把折，可进行三次垂直折页，*三把折可分正反折页；有些机器还在**把下面安装一块栅栏，以便进行32开双联折页。而全栅栏式折页机各种折页均由折页栅栏来完成，其组合样式很多，折法也较栅混合式折页机多。

    在现阶段，以书刊装订为主的小型印刷企业很多，由于资金有限，再加上书刊装订利润微薄，企业不愿意花“重金”或者没有足够的资金用于购买自动化程度高的折页机。而机械化栅混合式折页机正适应这一群体，它的优点是折页范围广泛，占地面积小，价格低廉，缺点是折页速度和精度相对较低，印张大小变化时调纸距比较繁琐。所以机械化栅混合式折页机在我国应用较为广泛，栅混合式折页机在市场上占的比重约为80%～。全栅栏式折页机因其纸张适应范围略窄（我国目前印刷用纸张定量偏低，全栅栏式折页机印张适用范围为52～180g/m2，较好为70g/m2以上），对印张要求较高，再加上其占地面积大、价格高等，因此国内印刷厂少有问津。

    从产品质量和性能上看，现有的国产折页机与世界先进水平还有一定差距，面对我国印刷业高速、、一体化的发展，现有的国产折页机产品将满足不了市场的需求，我们应吸取国际的技术和制造经验，改进现有产品性能，相信在不久的将来，我国的折页机制造质量会处于世界先进行列。

本文介绍的典型数控铣床主要由机床操作面板、X、Y、Z 三个直线坐标轴、上轴及机床的液压、润滑、冷却系统等机床辅助功能组成。机床的电气系统包括数字控制系统(CNC)、数字伺服驱动系统、主轴变频调速系统及机床输入输出PLC控制系统等。本电气系统主要完成人机对话和对三坐标机床坐标的进给、主轴的运转以及机床的液压、润滑、冷却系统等的控制。该机床的三个坐标采用HEIDEHAIN直线光栅尺全闭环反馈方式，机床主轴为电主轴，使用施耐德变频器控制，针对该机床的结构特点，其电气控制系统配置了法国NUM公司的NUM1050全数字数控系统，伺服驱动配置相应的MDLUNUMDRIVE数控式伺服驱动系统。这台三坐标机床的PLC 控制程序是利用NUM1050全数字数控系统的内置式PLC功能，并配以相应的软件平台开发出来的。因而PLC程序的灵活性和易维护性与NUM1050数控系统的高性能有密不可分的关系。

1 NUM1050数控系统

NUM1050是一种开放式的、功能强大的数字控制系统，采用64位的CPU68040，用于数据的处理和坐标的控制，具有处理速度快、位置控制精度高等特点。系统中的图形功能管理CNC面板显示和键盘：内存用来存储操作程序、PLC程序和用户文件：强大的通讯功能使CNC既可通过RS232串口又可通过网络接口与上位机进行通讯：轴控板用于控制数字轴或模拟轴的运动：内置式PLC通过输入/输出模块管理机床：CNC软件则管理加工程序、机床数据、计算机轨迹和速度以及监控坐标轴的运动。

2 NUM1050内置式PLC特点

PLC使用NUM系统提供的输入/输出接口与外界进行数据交换，通过PLC的扫描周期刷新存储区内的数据，PLC读取数据是通过%I变量，而PLC输出给外界数据是通过%Q变量进行的。内置式PLC与NC之间则通过交换区交换数据，交换区中的内容是NC与PLC之间输入/输出的数据。NC输出给PLC的数据，PLC通过%R变量从交换区读取，PLC发送到NC的数据是通过%W变量放入交换区，由NC去读取，其扫描周期由系统自动执行。%R和%W所有变量的各字节和位都有特定的含义，专门提供给PLC用来控制NC的运行，并协调外接设备与NC之间的动作。

3 NUM1050 PLC程序结构特点

NUM数控系统的PLC编程有梯形图、汇编语言和高级语言(C语言)几种方式，其程序都采用任务模块和子程序模块来设计。PLC程序的任务模块包括：%INI、%TS0～4、%TF0～15、%TH0～15。子程序模埠%SP0～255，这些子程序可以由模块调用或子程序间调用。各模块的功能如下：

初始化任务%INI：系统每次上电时执行一次。

循环任务%TS：系统先执行%TS0，再按顺序执行TS1～4。%TS0的执行周期等于每个RTC(实时时钟控制)周期，即20ms，%TS1～4每5个RTC周期(100ms)执行一次。

后台任务%TS 比循环任务%TS和中断任务%TH的**权低，可用于等待任务的使用。后台任务可持续数个RTC循环周期，可以被循环任务中断。

中断(实时)任务%TH用于**权较高的事件而不必等待RTC循环的结束。中断(实时)任务%TH比循环任务%TS和后台任务%TF的**权高。

错误信息表%9999.9：机床错误信息文件。

4 三坐标数控龙门铣床PLC程序的设计与实现

PLC程序的设计离不开良好的软件平台和硬件环境，NUM1050数控系统为机床生产制造者提供了丰富的软件资源和强大的软件开发工具。如PLCTOOL，SETTOOL，PCTOOLKIT等。它们都是基于bbbbbbS平台上使用，为机床电气控制系统开发带来了较大的方便。其中PLCTOOL可方便地进行PLC梯形图或高级语言C的编程，备有丰富的指令集与计时器、计数器单元，图形化的界面，使用操作灵活方便。这台三坐标数控龙门铣床的PLC程序正是在PLCTOOL软件平台上开发设计出来的。考虑到实际的应用，这台三坐标机床采用梯形图语言设计PLC程序，其优点是直观，可以动态显示，易于调试和维护。利用NUM1050数控系统提供的输入/输出模块和机床操作面板，可以非常方便地控制机床的运动及其他功能，因为机床操作面板带有可供编程的自定义键。NUM系统提供的机床操作面板通过光缆与系统相连，提高了可靠性。根据NUM1050的PLC程序结构特点，在设计这台三坐标机床的PLC程序时，将该机床的各项功能分配给不同的模块控制。因该机床无特殊的中断任务，所以设计程序时使用了初始化任务%INI、循环任务%TS和子程序模块%SP。%TS0的扫描周期为20ms，所以将重要的子程序放在%TS0中调用，机床的辅助功能如液压、冷却、润滑等则在任务模块%TS1～3中控制，机床的坐标、主轴及相关部分的控制由梯形图的子程序%SP模块承担。三坐标数控铣床的PLC程序结构及每一模块介绍如下：

%INI：系统在其它执行前调用，仅在PLC上电时执行一次，不受PTC循环控制，主要对一些变量进行初始化。

%TS0：调用子程序。%TS1：控制机床辅助功能导轨润滑和液压系统。其中导轨润滑周期由PLC程序中的定时器控制。%TS2：控制机床冷却系统。可以在机床操作面板上选择自动冷却和手动冷却。%TS3：控制机床主轴的松和夹紧。

%SP0：用于控制机床操作面板上的指示灯闪烁。NUM1050系统提供的机床操作面板上的自定义按键大部分带有指示灯，在使用一些需要特别提醒的功能时，其按键采用指示灯闪烁的方式，以示醒目，如机床故障复位键、换完成键等等。%SP2：控制机床操作面板的自定义按键。操作面板的自定义键必须经过PLC编程才能生效，而按键的功能则根据机床的需要来定义。根据用户的要求，这台三坐标数控龙门铣床的操作面板上设计了机床启动、冷却控制、主轴启停、换完成、机床故障复位等功能。%SP3：控制坐标运动及坐标限位的安全检查。%SP4：M 功能译码，该模块用于定义换结束的M06功能。%SP5：控制坐标轴伺服使能。%SP6：该模块控制主轴部分的所有功能，包括主轴冷却、主轴润滑、夹紧、主轴电机、主轴变频器等。%SP20：机床故障信息的显示控制。当机床出现故障时，在显示页面需要及时显示故障号和故障内容，当机床出现多条故障时，系统便可以按顺序显示故障，每条故障显示的时间在本子程序模块中设置。该模块被其它相关模块调用。

这台三坐标数控龙门铣床的所有功能和控制均由以上各模块实现，其中%SP2、%SP3、%SP5和%SP6更是这台机床PLC程序的核心。用模块化方式设计PLC程序，可以对每一模块进行单独调试，提高了机床调试的效率，当调试过程中出现问题时，可以很快找到问题所在，而且机床的不同功能用不同的子模块来表示，程序结构一目了然。通过对每一个子模块的单独调试和较终的机电联调，都证明了这套PLC程序的设计思想和方法是行之有效的。

5 小结

这台三坐标数控龙门铣床经过紧张调试后，机床工作正常，符合要求，机床达到验收标准。实践证明，这台三坐标机床的控制软件设计是成功的，并且设计开发的有些基本模块还具有良好的可移植性，在以后使用NUM1000系列数控的典型数控机床PLC梯形图设计中稍加改动使可加以使用，对以后同系列数控机床的PLC控制软件的设计打下了良好的基础。

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